過程溫度控制對摩托車乘員頭盔吸收碰撞能量性能的影響

吳濛濤 朱應陳 周 航 丁 岑

（無錫市檢驗檢測認證研究院，江蘇 無錫 214000）

0 引言

作為中短途的交通工具，電動摩托車和電動自行車為人們的出行提供了很大的便利。 但受限于其特殊的車身結構， 兩輪車的騎行也增加了交通安全風險。根據有關數據顯示，2019年全年我國的交通事故死亡人數為62 763 人，其中摩托車和非機動車（包含自行車）交通事故死亡人數占比約為23.7%。有學者通過調查發現，對于死亡的摩托車車手而言，頭部損傷的致死率占所有部位損傷致死率的75%。 依據相關資料顯示，使用者在佩戴合格的頭盔的情況下，能夠將事故中所遭受到的頭部損傷風險降低69%，相應的事故死亡率也能夠降低近42%。 因此，頭盔吸收碰撞的性能越好，越能夠更好地降低使用者頭部損傷的程度。 研究過程溫度控制對頭盔吸收碰撞性能的影響，總結經驗，科學引導企業提升產品質量，顯得極為重要。

1 產品概況

近年，隨著電動兩輪車的普及和“一盔一帶”政策的實施，道路上呈現騎乘摩托車卻穿戴電動自行車頭盔的情況。 由于電動自行車頭盔目前暫無現行國家標準，往往低價劣質銷售，極大增加了騎乘安全隱患。 同時，摩托車乘員頭盔的產品質量狀況不容樂觀。 根據國家質量監督檢驗檢疫總局公布文件可知，2020年摩托車乘員頭盔國家監督抽查共抽查了22 批次產品，有1 批次產品吸收碰撞能量性能不合格；2020年摩托車乘員頭盔山東省產品質量監督抽查共抽查了11 批次產品， 有6 批次產品吸收碰撞能量性能不合格；2018年摩托車乘員頭盔上海市產品質量監督抽查共抽查了11 批次產品， 有1 批次產品吸收碰撞能量性能不合格。 頭盔吸收碰撞性能的好壞嚴峻考驗著數億用戶的騎行安全。

2 現行標準解讀

2.1 標準概況

目前國內摩托車乘員頭盔現行標準為GB 811—2010《摩托車乘員頭盔》，該標準中規定的A 類頭盔吸收碰撞能量性能指標參照了歐盟ECE 22—2002 《摩托車防護頭盔》，B 類頭盔的吸收碰撞能量性能指標參照了日本標準JIS T8133—1994《摩托車和機動自行車的駕駛員和乘客用防護帽》 和中國臺灣標準CNS 3902—92《騎乘機車用安全帽》。標準規定A 類頭盔吸收碰撞能量性能指標為：加速度峰值不超過300 g；加速度超過150 g 的作用時間應小于4 ms；B 類頭盔吸收碰撞能量性能指標為：加速度峰值不超過400 g；加速度超過200 g 的作用時間應小于2 ms（加速度峰值均不超過300 g 時，此項不作要求）；加速度超過150 g的作用時間應小于4 ms。

2.2 碰撞方法存在的問題

進行高/低溫碰撞試驗時， 按照標準5.9.2 條款規定的“應在5 min 內完成一處試驗”的試驗條件，碰撞前容易出現頭盔在室溫下停留過久而致熱擴散的情況，對檢驗結果帶來不利影響。 試驗情況如下：

2.2.1 樣品準備

試驗時的環境溫度為21℃，采用室溫狀態碰撞加速度值為93.2 g 的某品牌B 類頭盔，分別進行高溫處理、低溫處理，檢查不同室溫暴露時間下（即從溫箱轉移開始直至發生碰撞的時間）的碰撞情況。試驗用樣品均為該品牌同型號同批次頭盔，沖擊點均為同一部位。

2.2.2 試驗方案一（室溫暴露時間＜5 min）

分別對樣品1/高溫處理、 樣品2 進/低溫處理，在近4 min30 s 的測試時間下進行碰撞試驗，結果見表1中“試驗方案一”。

2.2.3 試驗方案二（室溫暴露時間＜1 min）

分別對樣品3/高溫處理、 樣品4 進/低溫處理，在近30 s 的測試時間下進行碰撞試驗， 結果見表1 中“試驗方案二”。

表1 高低溫試驗方案

2.3 不同方案結果分析

從試驗方案一可看出：盡管室溫暴露時間4 min30 s符合GB 811—2010《摩托車乘員頭盔》中5.9.2 條款規定， 但高溫處理后的樣品1 表面溫度下降約19℃，低溫處理后的樣品2 表面溫度上升約15℃，極大偏離了所模擬的試驗環境溫度。

從試驗方案二可看出： 在30 s 的測試時間下，樣品3 和樣品4 的表面溫度僅有5℃變化， 與所模擬的環境溫度偏離不大，同時碰撞加速度值要比4 min30 s測試時間的樣品1 和樣品2 高17～25 g。

以上情況說明， 標準規定的5 min 測試時間較為寬泛，實際試驗時頭盔會發生熱擴散，難以保證試驗數據的準確性。

3 問題分析及建議措施

3.1 問題分析

分析試驗過程后發現，主要有以下三點原因導致頭盔實際試驗溫度的偏離：

（1）標準規定不具體。GB 811—2010《摩托車乘員頭盔》 碰撞試驗條款規定的一處試驗的完成時間較長，缺少對樣品溫度監控要求及溫度偏離允差關鍵指標。

（2）保溫與碰撞設備空間距離遠。 由于目前尚未有保溫和碰撞一體的頭盔試驗設備，實驗室往往采用溫箱保溫與常溫碰撞機相結合的方式進行試驗，空間距離較大、樣品轉移和安裝時間過長，從而影響試驗結果。

（3）試驗人員操作不當。 在頭盔從溫箱轉移、安裝到碰撞設備的過程中，試驗人員手動操作時往往未輔以隔熱裝置（如保溫箱、隔熱手套等），人體或空氣與樣品接觸過久引發熱擴散。

3.2 建議措施

針對上述問題，筆者建議采取如下的措施：

（1）優化樣品轉移和安裝方法。 一是保溫與碰撞設備就近安裝。 二是增加保溫箱轉移樣品。 三是裝夾頭盔時采用隔熱工具，避免人體直接碰觸。 四是試驗準備充分，在盡短時間內裝夾。

（2）實驗室自行制定操作規程。 一是重點關注頭盔碰撞的室溫暴露情況，每處試驗的室溫暴露時間應當盡量縮短（建議不超過半分鐘）；二是重點關注頭盔表面溫度變化情況，在頭盔前處理時和發生碰撞時均要監測頭盔表面的溫度。 三是加強試驗過程關鍵參數的記錄，確保室溫暴露時間和碰撞時表面溫度控制在特定限值范圍內。

（3）對標準碰撞試驗條款進行修訂，增加碰撞時的樣品溫度監測規定。 建議試驗前處理后直至發生碰撞前，樣品在室溫中的暴露時間不應超過半分鐘。 碰撞時，樣品表面溫度不超過限值要求（如高溫不低于45℃，或低溫不高于-15℃）。

（4）研發保溫/碰撞一體試驗設備。 通過一體化的設備縮短樣品轉移和裝夾過程， 減少熱擴散風險，提高試驗數據準確性。

3.3 改進后的試驗驗證

采取上述前兩項措施， 筆者驗證了該品牌同型號同批次頭盔碰撞方法改進后的試驗情況，如表2 所示。

表2 方法改進后的試驗結果

由表2 可以發現，通過制定試驗規程和優化方法后， 碰撞時樣品表面溫度與預處理溫度無明顯偏離，碰撞加速度值遠遠高于前述“試驗方法一”，最大程度模擬了預設的高低溫環境，保證了試驗數據的可靠性和準確性。

4 結語

高低溫前處理條件下的吸收碰撞能量性能，對于保證我國高熱高寒地區人群的電動車騎行安全有著極其重要的意義。 國家強制標準GB 811—2010《摩托車乘員頭盔》正式實施已逾十年，目前正值換版修訂。新標準修訂之際，建議標準內容上納入碰撞過程溫度監控要求， 標準實施上強化試驗方法的培訓和宣貫，提高碰撞試驗數據的準確性， 切實減少產品安全隱患，保障消費者利益。